在线性调制信号中用于扩大幅度最小值的系统和方法

摘要

本发明公开了一种用于扩大包括诸如分级增强型调制或正交频分复用的多载波调制的线性调制信号(115)的最小信号的系统和方法。最小值放大器(120)使用简单幅度限制器(220)使得不干扰现有的峰值抑制方案。如果本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值，那么幅度限制器(220)就将本地最小幅度值扩大到预定最小幅度阈值。尽管幅度限制器(220)调整了线性调制信号(115)的最小幅度值，但仍然保持线性调制信号(115)的相位。已调节线性调制信号(125)提高了线性功率放大器(130)的效率。由于公开的方案造成的线性调制信号的频谱改变可以忽略，因为已调信号功率可以忽略。

说明书

技术领域

本发明通常涉及通信系统领域，尤其涉及在数字发射机中使用的线性调制信号的调节，例如包括分级增强型调制(SAM)信号或正交频分复用(OFDM)信号。

背景技术

在通信系统中，信号经调制和放大后通过通信信道进行传输。信号用调制器进行调制用线性功率放大器进行放大。开发不同的调制技术以通过通信信道传送信号。调制技术的示例包括幅度调制，相位调制和频率调制。依赖所使用的调制技术，最终被发送的信号具有可变的动态范围和可变的峰值与平均功率的比(PAPR)。动态范围被被定义为峰值信号功率和最小信号功率之间的比值。PAPR被定义为峰值信号功率和平均信号功率之间的比值。调制信号的动态范围和PAPR影响着线性功率放大器的效率。随着动态范围、PAPR或二者的结合的扩大，线性功率放大器的效率减小。

也就是说，峰值信号和最小信号的幅度值影响线性功率放大器的效率，峰值功率的高振幅和最小信号的低振幅降低了线性功率放大的效率。因此，为了提高线性功率放大器的效率，要么增大最小信号的振幅，要么抑制峰值信号的振幅。

存在使用峰值信号振幅的抑制或最小信号振幅的增大的多种方法，以提高线性功率放大器的效率。窗口裁减方案是使用抑制调制信号的峰值信号的振幅以提高线性功率放大器的效率的一种方法。另一方面，窗口化的最小值放大器增大最小信号的振幅。窗口化最小值放大器应用于最小幅度值比预定最小阈值小的信号。窗口化最小值放大器函数按比例增加信号部分的幅度。

邻近信道耦合信号功率(ACCPR)被定义为邻近信道的信号功率与主信道的信号功率的比值。为了保持多载波信号低的ACCPR，窗口裁减和窗口化最小值放大器被应用时必须具有相当的窗口长度。除了裁减低的峰值(或者最小)信号，窗口化的最小值放大器和窗口裁减一样。例如，为了保持低的ACCPR，在高特性数据(HPD)信号中使用19个采样的窗口，这造成窗口裁减和窗口化最小值放大器的采样交迭。此外，用于最小值放大中的放大因子比峰值抑制所使用的要多。作为交迭的结果，位于交迭区的抑制峰值信号通过窗口化最小放大器再次被放大，这样就再次增大了峰值与平均功率的比值(PAPR)。

因此，需要一种改进的装置和技术来调节线性调制信号而不干扰峰值抑制方案。

附图说明

本发明通过实例进行说明并不仅限于附图，此处相同的附图标记指相同的元件，其中：

图1是数字发射机框图，其中实施了本发明的不同的实施例；

图2是根据本发明的不同实施例的最小值放大器的子元件框图；

图3是根据本发明的不同实施例的调节线性调制信号的流程图；

图4根据本发明不同实施例，说明最小值放大的幅度限制函数；

图5根据本发明的一个实施例，说明对于正交频分复用(OFDM)信号应用幅度限制函数的效果；并且

本领域技术人员应该理解图中所示的各元件为了简单清楚起见没有按比例画，例如图中的一些元件的尺寸为了有利于理解本发明的实施例相对与其它元件被扩大。

具体实施方式

在实施例中，数字发射机包括调制器和最小值放大器。调制器提供线性调制信号，该信号用其幅度和相位进行描述。最小值放大器接收线性调制信号并对线性调制信号进行调节。最小值放大器包括检测器、比较器和幅度限制器。检测器检测线性调制信号中的本地最小幅度值。比较器将本地最小幅度值和预定最小幅度阈值进行比较。如果本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值，那么幅度限制器把线性调制信号的本地最小幅度值调整到预定最小幅度阈值。此外，幅度限制器保持线性调制信号的相位，同时调整线性调制信号。作为结果，幅度限制器的输出是调整后的线性调制信号。

在另一实施例中，提供一种用于放大由幅度和相位描述的线性调制信号的本地最小幅度值的方法。为了放大本地最小幅度值，首先提供一个预定最小幅度阈值，然后检测线性调制信号的本地最小幅度值。在检测了本地最小幅度值之后，比较本地最小幅度值和预定最小幅度阈值。进一步的，当本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值时，将本地最小幅度值调整到预定最小幅度阈值。此外，当调整线性调制信号时，保持线性调制信号的相位。

在详细描述用于放大线性调制信号的本地最小幅度值的方法和系统之前，根据本发明，应该注意本发明属于和数字发射机相关的方法步骤和装置元件的结合。因此，在附图中利用传统符号适当地代表装置元件和方法步骤。这些附图仅显示与理解本发明相关的细节，而不用本领域技术人员都理解的细节来模糊本公开，并且此处便于描述。

在该文件中，诸如第一和第二、顶部和底部等类似的相关术语仅仅是用来区别一个实体与另一个实体，而不一定要求或者暗示这些实体或动作之间真实的关系或顺序。术语“包括”或任何其它变形都是指非排除性的包括，例如包括一系列要素的过程、方法、物品或装置并不只包括那些要素，而且还包括其它没有被明确列出的要素或者这些过程、方法、物品或装置固有的要素。在前加上“包括……”的要素，如果没有更多的约束，不排除这些过程、方法、物或装置中存在其它同样的要素。

本发明的不同实施例提供了一种用于扩大线性调制信号的本地最小幅度的方法和系统。根据本发明，线性调制信号的本地最小幅度值是通过基于预定标准调整(或不调整)幅度值来进行调节的。在本发明的实施例中，本地最小幅度值的幅度是通过用期望幅度值替换它来进行调整的。在另一实施例中，本地最小幅度值的幅度是通过按比例增大到期望幅度值来进行调整的。

图1是数字发射机100的方框图，其中实施了本发明的不同的实施例。数字发射机100包括调制器110、最小值放大器120、线性功率放大器130和天线140。调制器110对信号105提供线性调制。调制器110的输出是线性调制信号115。线性调制信号115被转发到最小值放大器120。最小值放大器120调节该线性调制信号150以产生已调节信号125。线性调制信号115是通过调整线性调制信号115的本地最小幅度值进行调节的。进一步，已调节信号125具有大于或等于预定最小幅度阈值的本地最小幅度值。作为结果，已调节信号125具有缩小的动态范围。该动态范围被定义为，但不限于，峰值信号功率与最小信号功率的比值。具有缩小了的动态范围的已调节信号125提高了线性功率放大器130的效率。

然后已调节信号125被传送给线性功率放大器130。线性功率放大器130放大已调节信号125以产生放大信号135。然后放大信号135被转发到天线140，该天线把放大信号135传播到远程接收机(在图中未示出)。

在本发明的不同实施例中，线性调制信号115可以是诸如正交频分复用(OFDM)信号或者分级增强型调制(SAM)信号的多载波信号。

线性功率放大器130有预定义操作范围，例如-30分贝(dB)到6dB的操作范围，其中放大信号135线性地依赖已调节信号125。例如，如果已调节信号125被扩大因数1000，那么放大信号135也放大同样的因数。

图2是根据本发明的不同实施例的最小值放大器120的子元件框图。最小值放大器120包括检测器210、比较器215、幅度限制器220和归一化装置225。检测器210鉴别线性调制信号115的本地最小幅度值。比较器215将线性调制信号115的本地最小幅度值和预定最小幅度阈值进行比较。幅度限制器220将线性调制信号115的本地最小幅度值调整到预定的最小幅度阈值。当本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值时，幅度限制器220调整本地最小幅度值。尽管幅度限制器220调整本地最小幅度值，但是它基本保持线性调制信号115的相位。在一个实施例中，幅度限制器220用预定的最小幅度阈值代替本地最小幅度值。在另一实施例中，幅度限制器220将本地最小幅度值按比例放大到预定的最小幅度阈值。通过把本地最小幅度乘以比例因子来缩放线性调制信号的本地最小幅度值。该比例因子可以通过预定最小幅度阈值除以本地最小幅度值得到。

在本发明的不同实施例中，归一化装置225归一化调整后的线性调制信号，以在幅度限制器220的输入端和输出端保持相等的总信号功率。通过将调整后的线性调制信号除以所有调整后的线性调制信号的均方根来将该信号归一化。归一化保持预定限制内的平均功率(在线性调制信号115调整之后)。然而，当幅度限制器220的输入和输出的全部信号功率的变化可忽略时，归一化装置225并不作用于调整后的线性调制信号，在大多数的情况下如此。因此，归一化装置通常不是必需的。

根据发明的不同实施例，最小值放大器120的输出是已调节信号125。针对线性功率放大器130能够放大的最小幅度，已调节信号125具有它的调整后的本地最小幅度值。已调节信号125具有缩小的动态范围。

图3是根据本发明的不同实施例的调节线性调制信号115的流程图。在步骤310，调制器110产生线性调制信号115。在步骤315，预定最小幅度阈值由最小值放大器120提供。在本发明的实施例中，预定最小幅度阈值根据线性功率放大器130的预定义操作范围设置。在步骤320，检测器210检测线性调制信号115的本地最小幅度值。在步骤325，比较器215将本地最小幅度值与预定最小幅度阈值进行比较。如果本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值，那么执行步骤330。在步骤330，幅度限制器220将本地最小幅度值调整到预定最小幅度阈值。尽管幅度限制器220调整本地最小幅度值，但是它仍然保持线性调制信115的相位。执行完步骤330后，该方法进入步骤335。

当本地最小幅度值大于或等于预定最小幅度阈值时，不执行步骤330，并且该方法直接进入步骤335。在步骤335，执行所有的本地最小幅度值是否已被测试用于最小放大的检查。当所有的本地最小幅度值已经被测试用于最小放大时，执行步骤340。在步骤340，调整后的线性调制信号被归一化。通过将调整后的线性调制信号除以调整后的线性调制信号的均方根来归一化调整后的线性调制信号。已调整的线性调制信号被归一化以保持幅度限制器220的输入端和输出端的总信号功率。然而，如果幅度限制器220的输入端和输出端的总信号功率被保持，那么流程图结束(即可以不执行步骤340)。在步骤335，如果线性调制信号115没有对最小放大进行测试，那么重复执行步骤320-330。

图4根据本发明不同实施例，说明幅度限制器函数。幅度限制器函数通过用期望信号幅度代替非期望信号幅度将本地最小幅度值调整到最小阈值幅度，同时保持信号相位。幅度限制器函数410防止线性调制信号115降低到低于预定最小值411。当输入降低低于一个值即值412时，幅度限制器函数410用预定最小值411代替它的输出。作为结果，即使当输入降低低于值412时，输出仍保持在预定最小值411的常量。进一步，对应于大于或等于值412的输入的输出值用第一线性函数413代替。

图5根据本发明的实施例，说明对正交频分复用(OFDM)信号应用幅度限制器函数410的效果。图表510代表在幅度限制器函数410应用之前OFDM信号的信道中的本地最小幅度值。叉号(在图表510中)代表OFDM信号的信道中的本地最小幅度值。图表520代表在幅度限制器函数410应用之后OFDM信号的信道中的本地最小幅度值。图表510显示OFDM信号的信道中的某些本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值515。在图表520中，幅度限制器函数410用预定最小幅度阈值515代替了这些本地最小幅度值。然而，幅度限制器函数410保持代替后的本地最小幅度值的相位。例如，如果a(m)是OFDM信号的信道中的本地最小幅度值，δ是预定最小幅度阈值，并且a₁(m)是由幅度限制器函数410代替后的值，那么

a₁(m)＝a(m)              当|a(m)|≥δ时，

a₁(m)＝δ＜a(m)          当|a(m)|＜δ时，

根据发明的不同实施例，幅度限制器220通过依比例将本地最小幅度值确定到预定最小幅度阈值来调整本地最小幅度值。通过将本地最小幅度值乘以比例因数来按比例缩放线性调制信号的本地最小幅度值。通过预定最小幅度阈值除以本地最小幅度值得到比例因数。

在本发明的实施例中，用于扩大由幅度和相位描述的线性调制信号的本地最小幅度值的电子设备包括用于比较的装置和用于调整的装置。用于比较的装置将线性调制信号的本地最小幅度值与预定最小幅度阈值进行比较。比较的结果被传送到调整装置，在该装置中线性调制信号的本地最小幅度值被调整到预定最小幅度阈值。当本地最小幅度值小于预定最小幅度阈值时，用于调整的装置调整线性调制信号的本地最小幅度值。进一步，在调整本地最小幅度值的同时，用于调整的装置保持线性调制信号的相位。

本发明的不同实施例提供已调节信号125，以提高线性功率放大器130的效率。这可以通过获得具有大于或等于预定最小幅度阈值的本地最小幅度值的已调节信号125得到。作为结果，已调节信号125具有缩小的动态范围。例如，对于64正交幅度调制(QAM)利用10000时隙仿真能够得到最终的-29.80dB PAPR(当目标是-30dB时)。缩小的动态范围提高了线性功率放大器130的效率。

本发明的不同实施例增大了本地最小幅度值而不改变线性调制信号的其他特性。例如，当用预定最小幅度阈值代替线性调制信号的本地最小幅度值时，保持线性调制信号的相位。

在前面的说明中，参考详细实施例本发明和它的益处与优点已经被描述。然而，本领域的普通技术人员明白所作的不同的修改和改变也不偏离下面权利要求所提出的本发明的保护范围。因此，说明书和图都被认为是示例而不是限制，所有这样的修改都被认为包含在本发明的范围内。益处、优点、解决问题的方案和使任何益处、优点或解决方法出现或者变得更加显著的任何要素都不解释为任何或者所有权利要求的关键的、必须的或本质的特征。本发明仅由所附的权利要求书进行限定，包括在本申请审理期间所作的任何修改和所提出的等效。